解析全景摄像机的无死角监控

□ 文/张征



解析全景摄像机的无死角监控

□ 文/张征

传统摄像机在“高清”、“日夜监控”、“远距离监控”的基础上，已经被细分，超广角摄像机的市场需求愈来愈大。广角、全景类摄像机，主要应用在景区、会议室、商场、仓库、森林等大面积开阔的区域，解决原来通过用几只摄像头覆盖一个区域，或用快球来回巡航扫描实现场景覆盖的问题，实现无死角监控。由此，全景摄像机应运而生，成为新一代视频监控市场的利器。

全景摄像机分类

目前业内对全景摄像机还没有一个很明确的定义，对于能看得更广、角度更大的摄像机，大家都称之为全景摄像机。狭义的全景摄像机是指能否实现360°监控的摄像机。

目前全景摄像机的产品形态包括多镜头式、单鱼眼镜头式、混合式三种。

单鱼眼镜头式：采用枪型摄像机或半球型摄像机加鱼眼镜头的形式，这也是实现全景监控的一种最简单且最经济的方式，此种方式的关键点在于摄像机本身具有对鱼眼“畸变”的矫正能力，或者可以结合特殊的处理软件校正经过鱼眼镜头变形后的图像。

多镜头式：采用多镜头多角度监控后拼接图像实现360度的监控，这种方式实现技术十分复杂，成本比较高，但却少了鱼眼全景摄像机带来的鱼眼畸变的困扰。

混合式：采用PTZ球机加鱼眼镜头的形式，这种方式较为少见，摄像机在转动时可当作球机使用，当球机镜头和鱼眼镜头重合时，可当作全景摄像机使用。

关键技术点

总体而言，全景摄像机的关键技术点有四个：镜头、图像传感器、鱼眼镜头、虚拟PTZ。

镜头优劣会大幅度影响监控图像的质量，目前严格意义上的全景摄像机镜头焦距基本在1.9mm左右，视角范围能达到180°，有效像素能够达到1200万像素或者更高，解像力要比传统摄像机高很多。而普通的超广角镜头（视角范围130°左右）中间视野范围与全景摄像机差距不大，但是边缘清晰度以及有效监控距离却相差很远。

图像传感器的选择影响监控图像的效果。由于全景摄像机的监控范围宽广，场景较单一监控场景很复杂，图像传感器的信息量必然十分庞大，图像传感器的分辨率高低、感光度强弱都在很大程度上影响图像效果。与此同时，不同规格的传感器宽动态效果也不尽相同，这也是衡量全景摄像机好坏的一个重要指标。

使用鱼眼镜头的全景摄像机，其成像原理与普通摄像机不一样，图像边缘往往会形成一个凸出、变形的画面，所以要比普通摄像机更容易使图像扭曲或失真，影响成像质量。所以如何矫正、还原图像，看清图像中的监控物体， 就是全景摄像机最重要的问题。目前，有两种技术能够矫正畸变：一种是由后端平台进行信息处理、还原成像；另一种则是在摄像机内置软件直接矫正，然后再传输到监测后端。

可以使用虚拟PTZ对存储的图像做放大、缩小等细节观察。PTZ在安防监控领域是控制云台上下左右转动与镜头变聚焦，用于自动或手动追踪锁定的目标，在监测范围内一路跟拍追踪目标。而全景摄像机所采用的虚拟PTZ，应用概念类似云台的追踪效果，只是不必像真实的云台那样进行实际的机械化转动，而是通过缩放图像来达到类似的效果，因而能大幅递增监控系统的使用寿命，使得监控人员在操作上更容易上手，也能降低维护费用。

全景摄像机发展现状

全景摄像机发展至今已有十余年的时间，虽然其在镜头矫正、虚拟PTZ等关键技术存在很大的难度，但市面上已经有部分厂家推出了全景摄像机产品，并对消费者广泛宣传引导。我们不讨论各个厂家推出的全景摄像机效果如何，仅仅从实际应用来看，全景摄像机市场占有率似乎“差强人意”。

与传统的监控摄像机相比，全景摄像机最突出的优势就是360°监控视角，这在很大程度上弥补了多台传统摄像机才能达到的视角范围；但视野的扩大却是以监控距离的牺牲为代价。目前全景摄像机主要应用于室外视野开阔的场所，譬如道路交通、露天广场、小区楼宇、港口码头等，某些场所监控宽度甚至达到百米以上，在看清全景图像实现调度的同时，不可能也没有精力再看清人脸、车辆牌照等细节。

从成本的角度来看，全景摄像机的成本往往是传统摄像机的5～10倍，这对于大多数工程商或者终端用户来说很难接受，毕竟网络摄像机发展到如今的地步，已经变成“白菜价”。在实际使用中，数量多且灵活的点位部署既能解决场景的全覆盖，又能清晰地完成对重点场景的监控。这就使得全景摄像机在实际项目中控标的意义在很大程度上大于实际的使用意义，导致最终的用户必须为其高昂的价格买单。

全景摄像机的发展趋势

全景摄像机发展至今已有十年有余，而真正的推广却是从近两年才开始的。具体来说，全景摄像机的发展趋势如下：

行业应用是全景摄像机的主战场。虽然全景摄像机比较适用在空间小、监视环境简单的场所，例如零售店、小型商场、电梯、停车场与会议室等等。但因其高昂的价格、复杂的图像处理技术以及图像校正后的低分辨率等因素的限制，全景摄像机并没能像其他普通摄像机那样进入大众的生活。全景摄像机将主要在金融及政法领域应用，这主要是基于这两个行业特殊的场景，需要较大范围的视角覆盖，使用价值远大于成本压力。

高分辨率。目前主流设备厂商生产的全景摄像机分辨率大概在300万、500万左右，然而从分辨率密度上来考虑，同样的像素的摄像机在监控更大的区域时会导致像素的分散和退化。这是由于监控范围很大，在与传统监控镜头共用大小相同的成像芯片上，就需要接收数倍的图像信息，这就造成画面分辨率的下降，因此只有在对监控图像画面质量要求不太高或使用高分辨率成像器件时才能使用。所以对于全景摄像机而言，提高画面分辨率是未来一项重要的研究课题。未来全景摄像机分辨至少在4K甚至1200万像素以上，这样才更加有意义。

H.265编码。高分辨率必然会造成带宽、存储压力的增大，目前主流的H.264编码4K分辨率码流大概在16～32Mbps，这无论对于国内实际的网路带宽环境还是终端用户的成本压力都是难以接受的。因此更高压缩比的编码方式才使得高分辨率的诉求变为实际，而解决这个问题的关键就是H.265编码。据实际测试分析，同样的场景H.265比H.264编码带宽节省一半以上，与此同时图像处理效果也有很大程度的提升，还能大幅节省存储成本，因此265编码的摄像机一上市便获得了很高的关注和认可。全景摄像机也将逐步朝着H.265编码方式转变，这是市场的驱动。

宽动态。全景摄像机采用具有360度超大视角的鱼眼镜头监控整个场景，如此大范围的监控势必会导致全景摄像机在白平衡以及曝光等方面的处理困难。正是由于这点，限制了全景摄像机在室内的应用。解决好全景摄像机的宽动态效果，能够推动未来全景摄像机在室内环境的应用。

智能。基于全景摄像机旺盛的行业应用需求，智能分析功能显得尤为重要，智能化也是安防监控发展的一个大方向。而现有网路摄像机智能分析存在识别率低、误报率高的问题，这是在后续算法改进方面需要加强的。此外智能分析的种类也不仅仅局限于虚拟周界、绊线报警等入门级智能，而应该在行为分析、音视频异常检测、流量统计等方面实现突破。

作者单位：天津天地伟业数码科技有限公司